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VPS zur Unterstützung der Inbetriebnahme vonverfahrenstechnischen Anlagen
Dirk-Uwe AstrathVerfahrenstechnik & Engineering
16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 2
Was ist ein VPS?
Dynamisches Prozessmodell
Kopie des echten PLS
Trainer
PLSAnlage
Realität
Virtualität
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VPS mit PLS Emulation
Bedienung mit generischer PLS-Oberfläche+ unabhängig von PLS-Fertigstellung, frühzeitiger Beginn der Ausbildung+ geringe Kosten für Bedienoberfläche, zusätzliche Informationen darstellbar + nur 1 VPS für baugleiche/ähnliche Anlagen mit unterschiedlichen PLS
Instructor-Station Operator-Station
gleiche Softwareumgebung
PLS Emulation wird häufig bei kleineren VPS-Projekten eingesetzt
Ethernet
- Bedienoberfläche ist nicht identisch mit PLS der realen Anlage- PLS Konfiguration kann nicht vor Start-up getestet werden
Simulationsserver
16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 4
VPS mit PLS Anbindung
Instructor-Station Operator-Station
Simulationsserver
Application-Station
OPC
PLS AnwendungHardware-Emulation, original Software
Anbindung an Original-PLS
+ Verwendung der realen PLS Bedienoberfläche in Ausbildung
+ PLS Konfiguration kann getestet werden
Ethernet
- hohe zusätzliche Kosten durch PLS Hardware/Software und Anbindung- VPS erst einsatzfähig wenn PLS fertig gestellt ist- VPS-Entwicklung muss im Projektverlauf berücksichtigt werden
(PLS Fertigstellung 9-12 Monate vor Start-up)
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VPS @ Evonik
Detailgetreue, dynamische Echtzeitsimulation basierend auf InhouseKnow-How
Einsatz eines generischen PLS in der Entwicklungsphase
Anbindung ans reale Leitsystem zur Fertigstellung
VPS dient zum Operator Training & vielem mehr …
16.09.2010, Dortmund | Gerhard Seite | 6März 2010 | DG-TE-VT-C Page | 6
Eine neue Anlage, ausgelegt anhand einer stationären Simulation …
… funktioniert die Start-Up Prozedur?
… kann die Anfahrmannschaft die Prozedur umsetzen?
… ist das Prozessleitsystem richtig konfiguriert?
Antworten gibt ein VPS!
Aber wozu?
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Einsatz eines VPS …
.. im Projektteam
Ablaufsteuerung testen
Reglerparameter ermitteln
Betriebsabläufe überprüfen
Prozessdynamik studieren
Validierung PLS-Konfiguration
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VPS zur Unterstützung der Projektmannschaft
Prozessdynamik
• Überprüfung der Prozessführungsstrategie auch bei Störungen, Lastwechsel
Prozessoptimierung
• sind alle Apparate und Leitungen zum Anfahren vorhanden oder notwendig?
• sind zusätzliche Messstellen erforderlich?
• Prozessanalyse und Debottlenecking
• Dynamik komplexer Verschaltungen und Rückführungen, Wärmeintegration, Brüdenkompression
• Überprüfung der Anfahrstrategiep1
p2Reaktions-gase
p2>p1
VPS muss frühzeitig verfügbar sein (mit emuliertem PLS)!
BeispielWärmeintegration
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PLS Konfiguration überprüfen
Ist das PLS richtig konfiguriert?
• Wirkrichtung von PID-Reglern
• Einheiten von Messstellen
• Überprüfung der Verknüpfungen
Viele Fehler können schon vor der Inbetriebnahme korrigiert werden
� Start-up Team wird entlastet und Anlage ist schneller produktionsbereit
Ist die grafische Oberfläche klar gestaltet und gut zu bedienen?
Funktionieren Ablaufsteuerungen so wie gewünscht?
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Optimierung Prozessführung
verbesserte Regelung
PC
Änderung Regelungsstruktur
PC
TC
• kleiner Hebel für Druckregelung• Regeltemperatur muss zu gefordertem Druck passen
• Split-Range Regelung• Temperatur ungeregelt
Reglerstrukturen überprüfen und optimieren
mit dynamischer Simulation können ...
• problematische Regelkreise identifiziert werden
• alternative Reglerstrukturen effizient getestet werden
Analyse mit VPS
Beispiel
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Optimierung Prozessführung
Reglerstrukturen überprüfen und optimieren
mit dynamischer Simulation können ...
• problematische Regelkreise identifiziert werden
• alternative Reglerstrukturen effizient getestet werden
Reglerparameter vorab tunen
• Kommunikation mit VPS per OPC und PIMS-Server
• Einsatz von Standard-Werkzeugen für effiziente Reglereinstellung
• Betriebsversuche am VPS verursachen nur geringe Kosten
PIMS-Server,Reglertuning
Simulations-Server
PLS-AS PLS-EmulationAnbindung an reales PLS
���� Während Inbetriebnahme kaum Reglereinstellungen notwendig,Automatisierung der Anlage funktioniert von Anfang an!
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APC Entwicklung
Potential für APC Lösungen mit rigorosem dynamischem Modell abschätzbar
• Modellerstellung für Mehrgrößenregler am VPS
• schnelle Übertragung auf reale Anlage möglich
BeispielFolgeregelung für Reaktorlast
FCFC
LC
FC
LC
Entwicklung, Modellierung und Erprobung direkt am VPS noch vor Inbetriebnahme
FCFC
L
FC
L
APC
PIMS-Server,Reglertuning
Simulations-Server
PLS-AS APC-Server
Modellbildung
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Einsatz eines VPS …
… zur AusbildungProzessverständnis entwickeln
Fähigkeiten entwickeln & verbessern
Training bei kritischen Anlagenzuständen
Erfahrungen austauschen
Performanceüberwachung
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Einsatz eines VPS …
… im BetriebFähigkeiten aufrecht erhalten
Alternativen evaluieren
Ereignisanalysen
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VPS zur Ausbildung der Betriebsmannschaft
Vor dem Start-Up
• Trainieren von Anfahren und Abfahren, Lastwechsel
• Trainieren von Störszenarien
• Vertiefung von Prozessverständnis
• Intensive Ausbildung am VPS mit Trainer aber auch eigenverantwortliches Lernen
Lernkurve nicht am realen Prozess (Vorteil > 2 Wochen)
Nach dem Start-up
• Fähigkeiten aufrecht erhalten in hochautomatisierten Betrieben durch regelmäßiges Training
• Ereignisanalysen
AberWartung des VPS erforderlich, Modellpflege, Aktualisierung des PLS, ...
O2
InertEdukt
Ex-Zone
Beispiel Vermeiden der Ex-Zone bei Start-up
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Wie entsteht ein VPS bei Evonik?
Stationäre
Simula
tion
P&IDs
Reduktion
Selektion
Apparatedaten, Kennlinien, …
Verschaltung & Anpassung
Modifikation
PLS-Anbindung
Sub-Simulatorpro P&ID
VPS
• Start-Up Test
• Akzeptanztest mit Projektverantwortlichen
Validierung
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Software base for a VPS
generic DCS functions
condition “empty & cold” is possible
pressure driven flow
based on unit operations
new dimension in true to detail
Indiss
INDISS INDISS ––
IndustrialIntegratedSimulationSoftware
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Nachgewiesener Nutzen
• Generische Oberfläche- Frühzeitige Nutzung des VPS für Projektteam- Validierung und Optimierung der Anfahrstrategie- Einbindung in Operatorschulung (Prozessverständnis fördern)
„Durch den Einsatz des VPS konnte das Operations-Team bestens trainiert an den Start gehen. Ein hervorragendes Tool zur Qualifizierung von Mitarbeitern, zur Optimierung des PLS und zur Voreinstellung von Regelparametern. VPS hat wesentlich zum Erfolg beigetragen.“
• VPS Allgemein- Lernkurve nicht am realen Prozess (Vorteil > 2 Wochen)- Deutliche Verminderung von Bedienfehlern- Frühzeitige Identifikation von Regelparametern- Verbesserung der Regelkonzepte, frühzeitige Einführung von APC